Разработка автоматической системы регулирования температуры дыхательной смеси для обогреваемой спецодежды глубоководных водолазов

• Автор: Власенко, Ольга Михайловна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 231 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Исследование обогреваемых систем в спецодежде для глубоководных водолазных погружений .

1.1 Теплотехнические особенности работы человека на глубине.

1.1.1 Влияние условий глубоководного спуска на человека

1.1.2 Дыхание при глубоководных спусках.

1.2 Дыхательные аппараты для глубоководных погружений с системой обогрева дыхательной смеси.
1.3 Нагреватели дыхательной смеси в обогреваемых системах водолазных дыхательных аппаратов

1.3.1 Взаимосвязь типа обогрева спецодежды водолаза с

конструкцией нагревателя дыхательной смеси

1.3.2 Разновидности конструкций нагревательных элементов в дыхательных аппаратах для глубоководных погружений .

Выводы по главе

Глава 2 Возмущающие воздействия в АСР температуры дыхательной смеси глубоководного водолаза
2.1 Исследование основных возмущающих воздействий в системе ингаляционного обогрева глубоководного водолаза.
2.2 Оценка влияния возмущающих воздействий на АСР температуры
дыхательной смеси
Выводы по главе
Глава 3 Разработка и исследование водонагревателя дыхательной смеси ВДС
для водолазной спецодежды как элемента АСР температуры.
3.1 Разработка конструкции водонагревателя дыхательной смеси
3.1.1 Предварительный расчет конструкции ВДС .
3.1.2. Описание конструкции ВДС
3.2 Определение полного коэффициента теплопередачи через
теплообменник ВДС и мощности ВДС
3.2.1 Определение полного коэффициента теплопередачи и мощности ВДС при вынужденном движении дыхательной смеси через теплообменник.
3.2.2 Определение полного коэффициента теплопередачи и мощности ВДС при нулевом расходе дыхательной смеси через теплообменник
3.3 Определение динамических параметров ВДС как элемента АСР температуры.
3.3.1 Описание схемы ВДС
3.3.2 Математическая модель температурных процессов устройства нарева воды УНВ
3.3.3 Математическая модель температурных процессов воды на участке I II
3.3.4 Математическая модель температурных процессов воды на участке II III.
3.3.5 Математическая модель температурных процессов теплообменника
3.3.6 Математическая модель динамики температуры дыхательной смеси
3.3.7 Составление структурной схемы ВДС.
3.4 Определение коэффициентов теплопотерь в окружающую среду через элементы ВДС
3.4.1 Определение коэффициента теплопотерь через корпус УНВ
3.4.2 Определение коэффициента теплопотерь через стенки соединительной трубки от УНВ к теплообменнику ТО
3.4.3 Определение коэффициента теплопотерь через корпус ТО
3.4.4 Определение коэффициента теплопотерь через стенки
соединительной трубки от ТО к УНВ.
Выводы по главе.
Глава 4 Экспериментальное исследование водонагревателя дыхательной смеси как элемента АСР температуры.
4.1 Основные задачи экспериментального исследования
4.2 Описание установки и методов измерения
4.3 Определение полного коэффициента теплопередачи и мощности ВДС, передаваемой от теплоносителя дыхательной смеси
4.4 Исследование зависимости температуры дыхательной смеси на
выходе ВДС от глубины погружения при постоянном расходе смеси через теплообменник.
4.5 Исследование зависимости температуры дыхательной смеси на
выходе ВДС от температуры теплоносителя при фиксированной глубине погружения и постоянном расходе смеси через теплообменник
4.6 Определение тепловых динамических параметров элементов ВДС при непрерывном потоке дыхательной смеси через теплообменник .
4.7 Исследование влияния периода подачи дыхательной смеси на
амплитуду колебания температуры смеси на выходе теплообменника
4.8 Анализ переходных процессов в релейной двухпозиционной АСР температуры дыхательной смеси при управляющих воздействиях за счет
изменения расхода теплоносителя .
Выводы по главе
Глава 5 Исследование автоматической системы регулирования температуры дыхательной смеси с водонагревателем
5.1 Выбор структурной схемы АСР температуры дыхательной смеси
5.2 Выбор параметров ре1уляторов в двухконтурной каскадной АСР температуры дыхательной смеси.
5.2.1 Выбор регулятора внутреннего контура.
5.2.2 Выбор регулятора внешнего контура
5.3 Переходной процесс в двухконтурной каскадной АСР температуры дыхательной смеси.
5.4 Исследование комбинированной АСР температуры дыхательной смеси
5.5 Выбор параметров регулирования в комбинированной АСР температуры дыхательной смеси
Выводы по главе.
Заключение.
Библиографический список.
Приложение 1. Расчет теплотехнических параметров дыхательной смеси для
некоторых глубин погружения.
Приложение 2. Расчет полного коэффициента теплопередачи и фактической
мощности ВДС, передаваемой дыхательной смеси
Приложение 3. Расчет динамических параметров ВДС в системе с
распределенными параметрами.
Приложение 4. Расчет коэффициентов теплопотерь через элементы
конструкции ВДС
Приложение 5. Обработка экспериментальных данных.
Приложение 6. Статистическая обработка экспериментальных данных
Приложение 7. Обработка экспериментальных диаграмм автоколебаний . 5 Приложение 8. Построение логарифмической частотной характеристики
двухконтурной каскадной АСР температуры дыхательной смеси
Приложение 9. Построение переходного процесса АСР температуры смеси для
двухконтурной структурной схемы.
Приложение . Выбор параметров регулирования в комбинированной АСР температуры дыхательной смеси
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


В водной среде потери тепла с поверхности тела значительно увеличиваются изза более высокой теплоемкости примерно в 4 раза воды по сравнению с воздухом. В условиях водолазного спуска теплопотери происходят не только за счет охлаждающего действия внешней среды, но и за счет сжатой дыхательной смеси. Следовательно, тепловая изоляция тела водолаза и снаряжения не спасает его от переохлаждения, необходим также подогрев поступающей для дыхания смеси . Воздух в легкие поступает через полость носа и полость рта, глотку, гортань, трахею и бронхи. Весь этот путь создает сопротивление потоку воздуха около мм. Па при нормальных условиях. При увеличении глубины погружения сопротивление дыханию возрастает с увеличением плотности смеси. Омыты показывают, что при вдохе дыхательные мышцы могут преодолеть сопротивление до 0 мм. Па, а при выдохе 0 мм. Па. Такое сопротивление дыхательные мышцы могут преодолевать только непродолжительное время. Длительное дыхание возможно при сопротивлении не более мм. Па. При сопротивлении 0 мм. Повышенное давление вызывает усиленное растворение газов в тканях организма, требующее дополнительных мер безопасности при спуске и подъеме водолазов. Главное при этом насыщение и рассыщение организма газами. Глубоководные водолазные спуски возможны только на искусственных газовых дыхательных смесях. При подборе газовой дыхательной смеси учитывают два основных момента необходимость избежать вредного влияния газов на организм водолаза и максимально сократить время его декомпрессии. Декомпрессия процесс постепенного поэтапного снижения давления внешней среды, окружающей водолаза, в воде или в камере для выведения из его организма растворенного индифферентного газа гелия, азота. В процессе дыхания человека участвуют кислород и углекислый газ, остальные газы в смеси для дыхания играют роль заполнителей, создающих общее давление, соответствующее глубине погружения . В состоянии основного обмена при нормальных условиях взрослый человек делает вдохов в минуту по 0. Минутный объем дыхания составляет 6. В воздухе содержится кислорода, в минуту человек вдыхает 1. При усиленной работе, по сравнению с покоем, человеческий организм потребляет большее количество кислорода. Цена дыхания это количество кислорода, которое уходит на работу дыхательных мышц. При увеличении объема вентиляции в 4 раза лмин затраты кислорода на дыхательную работу увеличиваются в раз . При увеличении парциального давления кислорода в смеси в нормальных условиях более . Па17 кгссм2, а при длительном
дыхании более 4. Па 0. Па 0. Допустимое парциальное давление кислорода в дыхательной смеси при спусках на большие глубины находится в диапазоне . Па 0 кгссм2. Дыхательная смесь с определенным содержанием кислорода может быть использована в строго определенном интервале глубин. Ом 0, при м 5, при 0 м 5, при 0 м , при 0 м 5, при 0 м , при 0 м , при 0 м . Время декомпрессии уменьшают путем увеличения содержания кислорода на заключительном этапе подъема. При атмосферном давлении нормальное содержание углекислого газа в организме составляет 1. При содержании СОг около 3 легочная вентиляция увеличивается в два раза. При дальнейшем увеличении содержания углекислого газа в воздухе дыхание становится глубже и чаще, водолаз начинает ощущать одышку, которая при концентрации СОг становится мучительной. Эти изменения в режиме дыхания сопровождаются жаром, биением в висках, шумом в ушах, головокружением, потливостью, расстройством зрения, снижением работоспособности. Дальнейшее повышение содержания С ведет к депрессии, потере сознания и наркотическому сну. Степень воздействия С на человека определяется не его процентным содержанием в смеси, а его парциальным давлением 1 на глубине м 6 при нормальном давлении, что недопустимо. При глубоководных спусках требуется высокая степень очистки С 0м 0. На глубине м критическое парциальное давление азота составляет атм, при дальнейшем его превышении начинается наркотическое воздействие на организм. Поэтому для глубоководных спусков азот для дыхания непригоден. Предел погружения с использованием гелия в дыхательной смеси гелиевый барьер точно не установлен.